地基中拉伸應力的磁致伸縮測量的製作方法

2023-06-09 10:59:26

專利名稱：地基中拉伸應力的磁致伸縮測量的製作方法
技術領域：
本發明涉及地基(foundation)，尤其涉及用於支承高大、沉重或大 型的結構(如塔架)的鋼筋混凝土地基，如混凝土墩地基。此外，本發 明涉及測量地基中的拉伸應力的方法。更具體地說，本發明涉及用於 風力渦輪機的地基和用於測量地基構件中的拉伸應力的方法。具體而
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量地基中的拉伸應力的方法t
背景技術：
為了優化用於結構(該結構可用於支承電線、通信系統、街道照明、 街道信號燈、橋梁支承、商業招牌、高速公路信號燈、架空吊索和風 力渦輪機)如塔架等的地基，希望對容納在混凝土地基中的加強螺栓中 的負荷進行測量。地基中的負荷測量可用來優化該地基的重量和大 小，並且可用來評估由於結構運行而產生的故障。
大型地基通常需要大量鋼筋，並且需要大量混凝土來包圍這些鋼 筋。這樣的地基能承受非常高的壓縮力和拉伸力。從而，傾覆力也會 施加在地基上。傳統的做法是，將連接到錨定板上的螺栓拉緊到額定 扭矩值。例如，可在螺栓螺母處測量該額定扭矩值。由於摩擦和其它 製造方面的原因，該方法不能提供合乎需要的精度。例如， 一旦將螺 栓拉緊，則不能測量該螺栓的先前狀態。負載測量很難完成，特別是 因為很多結構構件嵌入在混凝土等中而使其不可到達。可以通過超聲 波測量螺栓長度和測量由於拉伸狀態引起的共振頻率變化、以及用特 定的摩擦螺母在螺栓螺母處進行摩擦力測量來對螺栓的拉伸應力進 行測量。但是，這些方法只能夠離線實施。類似方面也涉及到由地基支承的結構的構件中。

發明內容
考慮到上述問題，本發明提供了根據獨立權利要求1的地基、根
據獨立權利要求11和13的地基以及根據獨立權利要求16所述的用
於測量地基錨定螺栓中拉伸應力的方法。
根據從屬權利要求、說明書以及附圖，本發明的其它方面、優點 和特徵將顯而易見。
根據第一實施例，提供了一種用於對結構進行支承的地基。該地 基包括地基主體、連接下錨定板和該結構的至少一個錨定螺栓、用於
測量該至少 一個錨定螺栓上的負荷的；茲致伸縮式(magnetostrictive)負 荷測量傳感器，該》茲致伸縮式負荷測量傳感器設置在該地基主體內。
根據另一個實施例，提供了一種風力渦輪機。該風力渦輪機包括 地基主體、連接下錨定板和該結構的至少一個錨定螺栓、用於測量該 至少 一個錨定螺栓上的負荷的磁致伸縮式負荷測量傳感器、以及由該 地基支承的塔架，該磁致伸縮式負荷測量傳感器設置在該地基主體 內。
根據又一個實施例，提供了一種風力渦輪機。該風力渦輪機包括 選自包括下列構件的組中的至少一個結構構件塔架、由該塔架支承 的搶室、連接至該搶室的轂和連接至該轂的至少一個轉子葉片；其中 至少 一個;茲性地編碼的鋼杆連接到這些結構構件中的至少 一個構件 上，該至少一個^茲性地編碼的鋼杆固定地連接到該至少一個結構構件 的第一位置和該至少一個結構構件的第二位置；並且包括鄰近該至少 一個磁性地編碼的鋼杆而設置的磁場傳感器。
根據再一個實施例，提供了 一種用於測量地基錨定螺栓中的拉伸 應力的方法。該方法包括使^磁致伸縮式負荷傳感器嵌入在地基中、 提供用於從外部通到該磁致伸縮式負荷傳感器信號線路的插頭、將測 量電子器件連接到該插頭上、以及測量該錨定螺栓的拉伸應力。


對本領域技術人員而言完全的、能夠實現的公開(包括其最佳模 式)，將會在本說明書的其餘部分(包括對附圖的引用)進行更具體地說
明。其中
圖1顯示了根據本申請所述實施例的、具有錨定螺栓和錨定螺栓
拉伸應力測量裝置的地基的示意性側;現圖2顯示了根據本申請所述實施例的、用於測量錨定螺栓中拉伸 應力的負荷測量傳感器的示意圖3顯示了根據本申請所述實施例的、具有錨定螺栓和錨定螺栓 拉伸應力測量裝置的地基的示意性俯視圖4顯示的是示意了根據本申請所述實施例的地基的示意圖，該 地基具有錨定螺栓和帶有連接到插頭的線路的錨定螺栓拉伸應力測 量裝置；
圖5顯示的是示意了根據本申請所述實施例的風力渦輪機的示意 圖，該風力渦輪機具有帶錨定螺栓和錨定螺栓拉伸應力測量裝置的地
基；
圖6顯示的是示意了風力渦輪機的示意圖，該風力渦輪機具有根 據本申請所述實施例的帶有錨定螺栓和錨定螺栓拉伸應力測量裝置 的地基以及根據本申請所述實施例的示範性地處於風力渦輪機塔架
中的另外的負荷測量裝置；
圖7顯示的是表示了根據本發明所述實施例的、測量地基錨定螺 栓中的拉伸應力的備選方法的流程圖。
部件列表 20 結構/塔架 22 艙室 26 轂28轉子葉片
100地基
102地基主體
104錨定板
110錨定螺栓
112螺母
113螺母
120負荷測量傳感器
122電子器件
124》茲致伸縮式負荷測量傳感
212螺母
214鋼杆
216;茲場傳感器
218殼體/封裝
222線路
412導線
414插頭
500風力渦輪機
600負荷測量單元
612安裝元件
614磁性地編碼的杆
616》茲場傳感器
具體實施例方式
現在將詳細參看本發明的不同實施例，這些實施例中的一個或多 個示例顯示在附圖中。各個示例均以解釋本發明的方式給出，而不意 圖作為對本發明的限制。例如，作為一個實施例的部件來顯示或描述
的特徵可用在其它實施例，或者與其它實施例相結合以實現另外的實施例。本發明意圖包括這樣的修改和變化。
通常，在混凝土墩地基中，混凝土承受壓縮負荷。拉伸負荷可以 由容納在地基中的加強筋來承受。錨定螺栓通常用於將所支承的結構 附連到地基上。錨定螺栓可設置在鋼筋矩陣或鋼筋骨架中。因此，例 如，可行的是在各個螺栓的頂部使用可移除的模板，並且在各個螺栓 的底部使用單獨的錨定板，以防止錨定螺栓被拉出來。整個模塊在混 凝土中澆鑄而成。當地基支承例如塔架等結構時，變化的拉伸負荷和 壓縮負荷作用在地基上。可由受支承的結構上的傾斜力或傾覆力所產 生的拉伸負荷，由錨定螺栓施加在地基頂部附近，並且作用在對錨定 板的施力點下方的很大一部分地基上。因此，地基中的拉伸負荷和壓 縮負荷在螺栓錨定板附近具有分界線，在該分界線處，混凝土上的負 荷根據受支承結構的力從壓縮負荷變換到拉伸負荷。
圖1顯示了對結構20進行支承的地基100的實施例。圖1顯示 了結構20的下部部分，該部分例如可以是風力渦4侖機塔架的下部部 分或任何其它塔架的下部部分。地基100包括地基主體102。根據不 同的實施例，地基主體102可包括一個或多個由例如混凝土和加強筋、 或安裝在地基主體102中的鋼筋骨架製成的部分。
裝配或預裝配鋼筋矩陣以及用混凝土等來填充地基的容積均需 要大量的勞動。此外，典型的圓柱形地基需要使用鑽孔機來為地基提 供孔。因此，人們希望在地基仍然為運行中的受支承結構提供足夠的 穩定性和操作安全性的範圍內減少地基中的材料用量。
圖1顯示了嵌入在地基主體102中的錨定板104。錨定螺栓110 固定到錨定板104上，並且從該錨定板延伸到地基100的上方部分。 結構20也固定到錨定螺栓110上。從而提供了結構20和錨定板104 之間的連4妾。
錨定螺栓110也稱為拉緊螺栓或加強螺栓。根據可以與本申請所 述的其它實施例相結合的典型實施例，該錨定螺栓通常並排地成對設 置，並且自地基的中心沿徑向間隔開。根據另外的實施例，內圈錨定螺栓圏可以具有比外圏錨定螺栓圈略小的直徑。例如，18個內錨定螺
栓和18個外錨定螺栓,也就是共36個錨定螺栓可設置在環狀形狀中。 根據其它實施例，可設置多於36個錨定螺栓，例如可設置共72個或 甚至96個錨定螺栓。根據不同的實施例，螺栓圏可以具有相差若干 釐米的直徑。
通過使錨定螺栓擰穿過螺母113,將螺栓110的下端錨接到錨定 板104上，該錨定板104可以是嵌入的環。可以通過使螺母112擰在 錨定螺栓上來固定錨定螺栓110的上部。
當將結構20的第一部分/下部部分安裝到地基上時，通過拉緊螺 母112來張緊錨定螺栓110。因此，施加了預拉伸負荷，以便將結構 20壓到地基IIO上。這些在錨定螺栓IIO上的預拉伸負荷不等於在受 支承結構運行期間可能產生的負荷或者由於建造整個結構20而可能 產生的負荷。
預拉伸負荷必須設定為合乎需要的值。此外，如果地基沒有製造 得很好，或者如果地基的混凝土開始與錨定螺栓IIO相互作用，則該 預拉伸負荷可隨著時間流逝而變化。為了為錨定螺栓提供合乎需要的 預拉伸負荷值，人們希望在拉緊例如螺母112期間監測錨定螺栓110 中的拉伸應力。用於對容納在混凝土地基主體中的錨定螺栓(拉緊螺栓 或加強螺栓)中的拉伸應力進行測量的感測方法可由負荷測量傳感器 120來實施。因此，例如，可以提供隨時間變化穩定的測量。
根據可與本申請所述的其它實施例相結合的一些實施例，負荷測 量傳感器120提供了基於磁致伸縮效應的測量設備。從而，可以實施 拉伸應力測量方法而不需要到達錨定螺栓110。因此，測量方法可以 具有隨時間的高穩定性。
根據本申請所述的、可與本申請所述的其它實施例相結合的實施 例，可將鐵磁材料製成的螺栓或鐵磁材料製成的杆進行編碼，使得該 材料具有可由磁場傳感器感測到的永久性磁編碼區域。根據不同的實 施例，該磁場傳感器可包括一個或多個無源(passive)傳感元件，例如緊靠被編碼的鐵^磁物體而設置的線圈、大型磁阻傳感器、磁光傳感器、 磁通門傳感器或者光纖傳感器。例如，對於本申請所描述的實施例，
該磁場傳感器可設置在距離該螺栓或杆O.Omm至10mm範圍內，如小 於7mm。因此，4艮據不同的實施例，該距離適於隨著時間流逝基本處 於恆定值，例如，具有0.3mm或以下的偏差。另外，在進行直接接觸 測量的情況下，可在螺栓或杆與該石茲場傳感器之間設置電絕緣板。
如圖2所示，根據一些實施例，,茲致伸縮式負荷測量傳感器120 可包括設在錨定螺栓110上的第一螺母和第二螺母212。該螺母設置 在固定位置。例由如鐵素體鋼製造的、,茲性地編碼的鋼杆214設在螺 母212之間。因為螺母212設置在錨定螺栓IIO上的固定第一位置和 固定第二位置處，所以錨定螺栓110的伸長傳到了磁性地編碼的鋼杆 214。鑑於-茲性編碼，可使用；茲場傳感器216來測量鋼杆214的拉伸 應力。因此，錨定螺栓110上的^立伸負荷和/或壓縮負荷可以利用負荷
測量傳感器120來測量。
根據可與本申請所述的其它實施例相結合的一些實施例，可在一
個杆或螺栓上使用多個磁場傳感器。這就使得能夠執行差值測量 (differential measurements)-作為 一個實施例,^U'亍該差1直觀'j量的 一種 方式可以是將來自鋼杆的磁性地編碼的部分上方的傳感器的測得磁 場與來自鋼杆的磁性地編碼的部分之中傳感器的測得磁場進行比較。 對於隨著時間的流逝單個傳感器不能提高可靠性的情況，多個磁場傳 感器還可獲得提高的可靠性。
對於本申請所描述的實施例，在拉緊螺母112期間、在建造結構 20期間和/或在結構20如風渦輪機運行期間，可連續地或有規律地監 測錨定螺栓的拉伸應力。根據本申請所描述的實施例，只要通過例如 在地基主體中灌注混凝土建造了地基100,即便大體上僅提供到達錨 定螺栓IIO(僅僅從頂部)的受限的直接入口 ，這也是可行的。
本申請所描述的實施例還容許對拉伸狀態進行測量而沒有測量 信號的過量漂移，因為對例如鋼杆214的石茲性編碼在安裝傳感器前已完成，並且該磁性編碼在將來的運行過程中保持在具有相同編碼區域 的同樣的編碼狀態。
圖2顯示了磁致伸縮式負荷測量傳感器124的實施例，其中至少 兩個磁性地編碼的杆設置成在錨定螺栓110的長度方向上延伸。因此， 測量錨定螺栓的拉伸應力是可行的，該拉伸應力對應於圖2中所示的 兩個編碼杆中的張力。根據其它實施例，測量錨定螺栓110的彎矩也 是可行的。因此，彎矩對應於圖2中所示的各個的編碼杆214中的不 同拉伸應力值。根據另外的實施例，提供包括僅一個磁性地編碼的杆 的負荷測量傳感器120也是可行的，從而僅僅獲得較少的負荷信息即 拉伸應力。還根據另外的實施例，可圍繞錨定螺栓IIO設置三個、四 個或更多個鋼杆。因此，例如還能夠額外地測量兩個方向(通常彼此垂 直)上的彎矩。
根據本申請所描述的典型實施例，地基的錨定螺栓110可具有在 lm至3m範圍內的長度，例如具有2m的長度。通常，根據一些實施 例，對錨定螺栓110本身進行磁性地編碼並且提供直接相鄰也就是緊 靠錨定螺栓110的磁場傳感器是可行的。通過在沿錨定螺栓的不同位 置處提供不同的^f茲場傳感器，就能夠測量不同的負荷，例如應力或彎 矩。根據一些實施例，磁場傳感器能穩固地附連至磁性地編碼的杆或 螺栓。
但是，因為對螺栓或杆進行編碼需要鐵^磁材料，所以可能難以對 整個螺栓提供合乎需要的材料。因此，如上關於圖2所述，提供錨定 螺栓110的負荷傳遞到其上的磁性地編碼的杆214能減少所需的鐵》茲 材料的量。因此，不顧及感測方法來選擇錨定螺栓的材料是可行的。 因此，作為進一步的選擇，兩個或更多個(通常為所有的)》茲性地編碼 的杆可具有同樣的材料、設計、(緊湊)尺寸，甚至對於不同尺寸的風 力渦輪機也是如此，並且/或者磁場傳感器可總是以同樣的方式直接地 附連至杆表面。這就致使能夠大規模生產，並且乂人而使得有低的製造 成本，因為可以忽略或者至少顯著地減少現場才交準。根據可與本申請所描述的其它實施例相結合的一些實施例，磁性
地編碼的杆214可以具有lcm至10cm的長度，通常為3cm或5cm。 因為負荷測量傳感器可提供每單位長度的伸長量或拉伸應力，所以磁 性地編碼的杆不必沿錨定螺栓的整個長度延伸。根據另外的實施例， 使用附加到錨定螺栓上的磁性地編碼的杆，容許對鐵磁材料進行特定 選擇，這可改善和/或簡化》茲性編碼。這可進一步降低測量系統的成本。
根據可與本申請所描述的其它實施例相結合的另外實施例，可為 負荷測量傳感器120提供封裝或殼體218(見圖2)。通常殼體218可以 設置成由軟材料如橡膠或泡沫製成的套的形式。軟套容許負荷測量單 元120相對於地基主體102進行一些運動，以使得錨定螺栓110的伸 長或運動不會受到負荷測量傳感器120的阻礙。導線222連接到磁場 傳感器，並且延伸出殼體218,例如，導線222可由無源元件如線圈 來提供。因此，當測量正在進行時，也就是當外部插頭(帶電源)被連 接時，傳感器信號處理啟動。
圖3顯示了具有地基主體102的圓形地基100。當從上方看地基 時，圖3中顯示的錨定板嵌入在地基主體102中，並且由混凝土等覆 蓋。如圖3所示，根據一些實施例，在內圈錨定螺栓110和外圏錨定 螺栓110處，處在12點鐘、3點鐘、6點鐘和9點鐘位置的錨定螺栓 110均設有負荷測量傳感器120。因此，該四個位置中的兩個位置分 別彼此相對，並且可例如設置在地基100的北方、東方、南方和西方 位置。
如果例如風力渦輪機的結構設置在地基上，傾斜或傾覆力矩可從 該結構作用在該地基上。例如，根據運行情況、結構的重心、和/或風 或對結構的其它環境影響，這種情況可能會出現。這些傾覆力矩能在 地基的四個位置中的各個位置上產生不同的負荷。因此，通過測量四 個不同位置處的負荷，即能確定該結構所提供的負荷。根據不同的實 施例，為了測量使地基水平面所有方向上的不同錨定螺栓產生不同拉 伸應力的負荷，至少要提供三個負荷測量單元。如圖3所示，四個或更多個負荷測量傳感器可以分別設置在地基的相對側和垂直側。
圖4顯示了具有地基主體102的地基100的一部分，結構20設 置在該地基主體102上。在地基主體102內，嵌有錨定板104(例如錨 定環形式的錨定板)，錨定螺栓IIO通過例如螺母113而固定到錨定板 104上，錨定螺栓110從錨定板104延伸到結構20的下端。結構20 安裝到錨定螺栓上，並且由螺母112固定到地基上。根據可與本申請 所描述的其它實施例相結合的另外的實施例，負荷測量傳感器120由 導線412連接到插頭414上，該插頭414可從地基的外側觸及，以便 將負荷測量傳感器120連接到測量電子器件122上。因此，根據本申 請所描述的實施例，只有無源元件(如》茲性地編碼的杆或螺栓)和可包 括線圈的磁場傳感器嵌入在地基中。因此，來自混凝土的負荷、溼度 或其它作用不受有源電子裝置的影響。^磁場傳感器可由無源元件如線 圈來提供。因此，當測量正在進行時，也就是當外部插頭(帶電源)被 連接時，傳感器信號處理啟動。
根據另外的實施例，導線412具有達lm或2m的長度。因此， 插頭414可以安裝成使得在地基100的上部部分存在入口 。在風力渦 輪機塔架安裝於地基上的情況下，插頭414可以例如安裝在風力渦輪 機的中空塔架中。根據另外的實施例，磁場傳感器可以裝有用於信號 無線傳輸的傳送器，例如無線感應激勵晶片(wireless inductively powered)ICs或用於RF-ID類型通信的構件。因此，實際上可以省略 混凝土中的導線。
根據本申請所描述的實施例，通過提供對測量結果的永久訪問通 道來測量混凝土地基的錨定螺栓或拉緊螺栓中的拉伸應力的能力容 許有若干選擇。當將結構的下部部分拉緊到地基上時，可以監測錨定 螺栓上的拉伸負荷。對拉伸應力的連續的或有規律的監測容許改進地 基，可以消除對大量鋼材、鋼筋或拉緊棒的需求，並且可極大地減少 所需的混凝土量。對錨定螺栓拉伸應力的連續的或有規律的監測容許 對結構中在早期可能出現的潛在問題進行檢測。這樣的問題可以是，例如地基中的非對稱負荷，隨著時間流逝非預期的負荷改變，和/
或對地基的加強結構中故障的探測。對地基負荷分布的簡單的和直接 的測量還能提供關於結構如風力渦輪機的運行狀態的信息，包括動態 的情況以及結構建造而未運行的情況兩者的信息。此外，可以為維護 等提供地基中的拉伸應力的長期穩定性。甚至，收集關於螺栓中實際 應力的信息可有助於在螺栓的拉伸力承受能力範圍內充分使用螺栓， 並且可以指示螺栓是否將拉伸力傳送到了錨定板上方的混凝土 。
根據本申請所述實施例的地基可用於結構或塔架，該結構或塔架 可用於電線、通信系統、街燈、街道信號燈、橋梁支承、商業招牌、
高速公路信號燈、架空吊索或風力渦輪機。圖5顯示了包括地基100 的風力渦輪機500的實施例。風力渦輪機500的塔架20由地基100 支承，並且固定到從錨定板104延伸的錨定螺栓110上。在地基上的 一個或多個位置處的負荷或者在一個或多個錨定螺栓110中的負荷可 由根據本申請所述實施例的負荷測量單元來監測。圖5顯示了四個負
荷測量單元120。塔架20的頂部設有艙室22。搶室22承載轂26，轉 子葉片28安裝在該轂26上。
風力渦輪機500的修改後的實施例示於圖6中。除了上述元件外， 負荷測量單元600設置在風力渦輪機500的塔架20內。與關於圖2 所描述的負荷測量單元相類似，負荷測量單元600包括石茲性地編碼的 杆614和磁場傳感器616。根據不同的實施例，磁性地編碼的杆614 可以由安裝元件612在兩個固定位置處安裝到塔架的壁上。根據另外 的不同實施例，安裝元件612可以焊接到塔架壁、粘接到塔架壁或螺 紋連接到塔架壁上等。作用在風力渦輪機500的塔架20上的負荷轉 換成磁性地編碼的杆614上的壓縮應力或拉伸應力。因此，可通過一 個或多個，例如四個負荷測量傳感器600來提供對塔架的負荷測量。
根據可與本申請所述其它實施例相結合的另外的實施例，負荷測 量單元600可設置在塔架內的不同高度處，或者設置在風力渦輪機500 的其它結構性元件處，如設置在艙室、轂、轉子葉片等處。因此，負荷測量單元能夠容易地在已有的風力渦輪機中或者在風力渦輪機制 造完成後進行安裝。添加了安裝元件的測量系統可以在任何時候設置 在風力渦輪機上，並且不必在安裝風力渦輪機期間結合在風力渦輪機 中。
根據另外的實施例，除了提供圖6所示的杆614,額外地或者備 選地，可以對塔架壁的一部分或其它構件進行》茲性地編碼，以用於測 量塔架等中的壓縮應力和/或拉伸應力。
根據另外的實施例，類似的負荷測量也可應用於除風力渦輪機之 外的其它應用。此外，可應用負荷測量單元600而不考慮所使用的地 基的種類。也就是說，如果不帶負荷測量單元的地基對風力渦輪機進 行支承，也可提供負荷測量單元。
現在將結合圖7來描述用於測量地基中的負荷的方法的不同實施 例。在步驟702中，在用混凝土等填充地基主體前，將磁致伸縮式測 量傳感器設置在地基中。在步驟704中，填充地基，從而負荷測量傳 感器嵌入在地基中。在步驟706中，設置了用於對負荷測量傳感器的 磁場傳感器在地基外接線的插頭。因此，可連續地或者有規律地提供 對地基錨定螺栓中的拉伸應力的抗漂移測量。因此，根據一些實施例， 僅僅將無源傳感器元件嵌入在地基中。
根據步驟707，在地基上建設結構期間， 一個或多個磁致伸縮式 負荷測量傳感器可用來監測預拉伸負荷。提供對預拉伸負荷的精確監 測，容許在建造結構期間或之後在結構壽命期間對錨定螺栓的預拉伸 的變化進行檢測。
根據另外的、備選的或附加的實施例，在步驟708中，測量電子 器件可連接到插頭上，以用於測量錨定螺栓中的拉伸應力。例如，該 步驟可以在對結構如風力渦輪機進行維護期間完成。因此，在步驟710 中，對錨定螺栓中的拉伸應力的精確測量可以在每周一次、每月一次 或者每年一次的基礎上進行。鑑於負荷測量單元的小漂移，可4企測到 錨定螺栓負荷中的變化。因此可以利用 一個有源電子測量裝置在不同的位置進行測量。如果^r測到不希望的測量結果，則可以採取對策。
根據另外的實施例，備選地或附加地，可在地基外永久性地設置 有源測量電子設備，以用於連續地或半連續地監測錨定螺栓上的拉伸 應力。例如，可基於秒、分或小時(如每一秒、每一分或每一小時)來 監測地基的一個或多個位置處的拉伸應力值。這種信號可以為整個結 構的控制單元提供反饋。例如，如果操作風力渦輪機，則可將反饋提 供到風力渦輪機的控制單元。因此，由於對風力渦輪機的不同元件進 行控制而產生的負荷變化可引起到控制單元的直接反饋。
如上所述，根據不同的實施例，可考慮在兩種不同情況下對結構 如風力渦輪機的拉伸應力負荷測量。可以在風力渦輪機運行期間對地 基上的負荷進行測量，或者風力渦輪機可以停止以使得可以在穩定狀 態下對地基上的負荷進行測量。
根據本申請所述的不同實施例，提供了用於對結構進行支承的地 基。該地基可包括地基主體，連接下錨定板和該結構的至少一個錨定 螺栓，以及用於測量該至少一個錨定螺栓上的負荷的磁致伸縮式負荷 測量傳感器，該負荷測量傳感器設置在該地基主體中。根據不同的可 選設計，該》茲致伸縮負荷測量傳感器可包括鄰近該至少一個錨定螺栓 設置的磁場傳感器，備選地或者附加地，該磁致伸縮式負荷測量傳感 器可包括連接到該至少一個錨定螺栓上的至少一個磁性地編碼的鋼 杆以及鄰近該至少 一個磁性地編碼的鋼杆而設置的磁場傳感器，其 中，該至少一個磁性地編碼的鋼杆的長度在該至少一個錨定螺栓的長 度方向上延伸。
根據通過與任何一個其它實施例相結合而實現的另外的實施例， 磁場傳感器的、嵌入在地基中的部分包括無源元件。在這種情況下， 通常將在地基主體外部的電源連接到磁場傳感器上。
因此，根據另外的實施例，可行的是，至少一個磁性地編碼的鋼 杆固定地連接到至少 一個拉伸螺栓的第 一位置和該至少 一個錨定螺 栓的第二位置上。根據另外的典型實施例，可以通過將該至少一個磁性地編碼的鋼杆固定到設置在該至少 一個拉伸螺栓上的第 一螺母，使
該至少 一個i茲性地編碼的鋼杆固定地連接到第 一位置；並且可以通過
將該至少 一個^F茲性地編碼的鋼杆固定到設置在該至少 一個拉伸螺栓 上的第二螺母，使該至少 一個磁性地編碼的鋼杆固定地連接到該第二
位置。作為另外的備選修改或附加修改，可以為該至少一個錨定螺栓
的各個螺栓提供至少兩個磁性地編碼的鋼杆，並且至少一個磁場傳感
器鄰近該至少兩個-茲性地編碼的鋼杆的各個鋼杆而設置。
根據可與本申請所述的任何一個實施例相結合的典型實施例，可
提供至少36個錨定螺栓。作為另外可選擇的元件，該至少36個錨定 螺栓中的至少三個螺栓可裝有負荷測量傳感器。
根據可與本申請所述任何一個實施例相結合的另外的實施例，在 地基的四側上的錨定螺栓可裝有負荷測量傳感器，其中，該四側中的 兩個分別彼此相對。根據可與本申請所述實施例中任何一個相結合的 另外實施例，該^磁致伸縮式負荷測量傳感器適於測量該至少一個錨定 螺栓中的拉伸應力。
根據可與本申請所述任何一個實施例相結合的其它實施例，可提 供用來終止連接到石茲致伸縮式負荷測量傳感器上的導線的插頭，該插 頭設置在地基的外側，以用作信號入口。備選地或者附加地，可提供 用於負荷測量單元的、適於容許負荷測量單元在地基主體中移動的殼 體。
根據一些實施例，可提供具有根據本申請所述的任何一個實施例 的地基的風力渦輪機。因此，作為示例，提供用於終止連接到測量傳 感器上的導線的插頭是可行的，該插頭設置在地基的外側，以用作塔 架 中的信號入口。
根據可與本申請所描述的任何一個實施例相結合的 一些實施例， 提供了風力渦輪機。該風力渦輪機可包括至少一個結構構件，該結構 構件選自包括下列構件的組塔架、由該塔架支承的搶室、連接到該 搶室的榖以及連接到該轂的至少一個轉子葉片，其中，至少一個磁性地編碼的鋼杆連接到這些結構構件中的該至少一個構件上，其中，該 至少 一個》茲性地編碼的鋼杆固定地連接到該至少 一個結構構件的第 一位置和該至少一個結構構件的第二位置，並且^f茲場傳感器鄰近該至 少一個磁性地編碼的鋼杆而設置。根據一個實施例，該結構構件可以 是塔架，並且該至少一個^茲性地編碼的鋼杆鄰近該塔架的壁延伸。才艮 據另 一個實施例，可選擇性地提供根據本申請所描述的任何一個實施 例的地基。
根據另外的實施例，提供了 一種測量地基錨定螺栓中的拉伸應力
的方法。該方法包括使磁致伸縮式負荷傳感器嵌入在地基中，提供
用於從外部通到該磁致伸縮式負荷傳感器信號線路的插頭，將測量電 子器件連接到該插頭上，以及測量該錨定螺栓的拉伸應力。根據另外 的選項，該測量可連續地、半連續地進行，和/或在每周一次、每月一 次或每年一次的基礎上有規律地進行。因此，作為示例，該測量電子 器件可依次連接到一個以上的插頭上。根據另外的實施例，可以在將 結構拉緊到地基上期間，和/或在地基上建造結構期間進行進行測量。 因此，根據可與本申請所描迷的任何一個實施例相結合的一些實
施例，該測量方法可用來在拉緊期間測量螺4全中的4i伸。因此，作為
另外的改進，在獲得恰當的預拉伸的時刻，該拉緊過程停止。
該書面描述利用包括了最佳模式的實施例來公開本發明，並且使 本領域的技術人員能夠製造和使用本發明。雖然已根據不同的特定實 施例對本發明進行了描述，但是本領域的技術人員將會認識到，本發 明可以在帶有權利要求的精神和範圍內的修改的情況下來實施。尤其 是，上述實施例的非排他性特徵可彼此結合。本發明的可獲得專利權 的範圍由權利要求來限定，並且可包括本領域技術人員能想到的其他 實例。如果這些其它實例具有與權利要求的字面意思無區別的結構性 元件，或者如果這些其它實例包括與權利要求的字面意思無實質性區 別的等效的結構性元件，那麼這些其它實例也意圖包括在權利要求的 範圍內。
權利要求
1. 一種用於對結構進行支承的地基，包括地基主體；連接下錨定板和所述結構的至少一個錨定螺栓；以及磁致伸縮式負荷測量傳感器，所述磁致伸縮式負荷測量傳感器用於測量所述至少一個錨定螺栓上的負荷，並且設置在所述地基主體內。
2. 根據權利要求1所述的地基，其特徵在於，所述磁致伸縮式負 荷測量傳感器包括鄰近所述至少一個錨定螺栓而設置的磁場傳感器。
3. 根據權利要求1所述的地基，其特徵在於，所述磁致伸縮式負 荷測量傳感器包括連接至所述至少一個錨定螺栓的至少一個磁性地編碼的鋼杆，其 中，所述至少一個磁性地編碼的鋼杆的長度在至少一個錨定螺栓的長 度方向上延伸；以及鄰近所述至少一個石茲性地編碼的鋼杆而i殳置的；茲場傳感器，其 中，所述至少一個石茲性地編碼的鋼杆固定地連"l妾到所述至少一個4立伸 螺栓的第 一位置和所述至少 一個錨定螺栓的第二位置。
4. 根據權利要求3所述的地基，其特徵在於，所述至少一個錨定 螺栓的各個螺栓設有至少兩個》茲性地編碼的鋼杆，並且至少一個/f茲場 傳感器鄰近所述至少兩個磁性地編碼的鋼杆的各個鋼杆而設置。
5. 根據權利要求1至4中任一項權利要求所述的地基，其特徵在 於，在所述地基的四側的錨定螺栓裝有負荷測量傳感器，其中所述四 側中的兩側分別;f皮此相對。
6. 根據權利要求1至6中任一項權利要求所述的地基，其特徵在 於，所述地基還包括用於所述負荷測量單元的殼體，所述殼體適於容 許所述負荷測量單元在所述地基主體中移動。
7. —種風力渦輪機，包括根據權利要求1至6任一項權利要求所述的地基；以及 由所述地基支承的塔架。
8. —種風力渦4侖機，包括包括有下列結構構件的構件組中的至少一個結構構件塔架、由 所述塔架支承的艙室、連接至所述艙室的轂以及連接至所述轂的至少 一個轉子葉片；其中，至少一個磁性地編碼的鋼杆連接到所述構件中 的所述至少一個結構構件上，所述至少一個;茲性地編碼的鋼杆固定地 連接至所述至少一個結構構件的第一位置和所述至少一個結構構件 的第二位置；以及鄰近所述至少 一個-茲性地編碼的鋼杆而設置的；茲場傳感器。
9. 根據權利要求8所述的風力渦輪機，所述風力渦輪機還包括， 根據權利要求1至6中任一項權利要求所述的地基。
10. —種測量地基錨定螺栓中的拉伸應力的方法，包括 使磁致伸縮式負荷傳感器嵌入在所述地基中；提供用於從外部通到所述磁致伸縮式負荷傳感器信號線路的插 頭；和使測量電子器件連接到所述插頭上； 測量所述錨定螺栓的拉伸應力。
全文摘要
本發明涉及地基中拉伸應力的磁致伸縮測量。提供了一種用於對結構進行支承的地基。該地基包括地基主體、連接下錨定板和該結構的至少一個錨定螺栓以及用來測量該至少一個錨定螺栓上的負荷的磁致伸縮式負荷測量傳感器，該磁致伸縮式負荷測量傳感器設置在該地基主體中。
文檔編號E02D33/00GK101469548SQ20081019075
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月24日 優先權日2007年12月26日
發明者C·M·西勒, J·E·赫梅爾曼, J·J·尼斯 申請人:通用電氣公司